漢中市郊區(qū)大棚蔬菜土壤重金屬污染特征及環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)

何文齡劉智峰*趙娜房迅胡婧怡麻欣遠(yuǎn)

（陜西理工大學(xué)化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，陜西漢中 723001）

1 引言

近年來(lái)，我國(guó)大棚蔬菜種植面積迅速增長(zhǎng)，已有數(shù)據(jù)顯示，2010 年我國(guó)的大棚蔬菜面積已經(jīng)達(dá)到466.7 萬(wàn)hm2，并以每年10%的速度不斷增長(zhǎng)［1］。由于設(shè)施蔬菜土壤環(huán)境相對(duì)密閉，種植強(qiáng)度大，往往出現(xiàn)農(nóng)藥、化肥的過量使用，造成較為普遍的重金屬積累現(xiàn)象。如已有研究表明，新鄉(xiāng)市大棚菜地土壤中復(fù)合污染嚴(yán)重，Cd 的污染水平達(dá)到了6 級(jí)［2］，北京市農(nóng)田菜地的土壤鉛含量顯著超標(biāo)［3］，福建省有近10個(gè)不同地區(qū)的菜地土壤和蔬菜樣品大部分受到了不同程度的重金屬污染［4］。我國(guó)大棚蔬菜土壤中的重金屬污染不可忽視，調(diào)查大棚菜地土壤重金屬污染狀況對(duì)于蔬菜綠色栽培和人體健康風(fēng)險(xiǎn)具有深遠(yuǎn)意義。

本文以漢中市某大棚蔬菜基地土壤為研究對(duì)象，通過分析土壤養(yǎng)分含量、土壤重金屬Pb 與Zn 的含量及形態(tài)分布，并利用單因子污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法對(duì)采樣地區(qū)土壤進(jìn)行污染評(píng)價(jià)，為漢中市蔬菜種植土壤重金屬污染防治提供基礎(chǔ)資料。

2 材料與方法

2.1 實(shí)驗(yàn)材料

根據(jù)蔬菜種類和種植年份不同對(duì)漢中市某蔬菜大棚基地的土壤進(jìn)行采樣，共采集7 個(gè)樣品，分別為：10 年西紅柿地（XHS10）、10 年辣椒地（LJ10）、5年黃瓜地（HG5）、5 年豆角地（DJ5）、5 年草莓地（CM5）和5 年青菜地（QC5），并以陜西理工大學(xué)校園土樣作為對(duì)照組（CK）。將采集回來(lái)的土壤除去枯葉殘枝、石塊等放在陰涼通風(fēng)處自然晾干，并將其粉碎、研磨，最終經(jīng)過100 目篩子篩取，保存在風(fēng)干袋中，以便實(shí)驗(yàn)備用。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

2.2.1 土壤理化性質(zhì)和重金屬全量的測(cè)定

土壤理化性質(zhì)的測(cè)定方法為：pH 值采用pH 計(jì)法測(cè)定；土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀氧化法測(cè)定；含水率采用烘干法測(cè)定；速效氮采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定；速效磷采用碳酸氫鈉浸提—鉬銻抗分光光度法測(cè)定；速效鉀采用醋酸銨浸提法測(cè)定。土壤重金屬的全量測(cè)定采用鹽酸、硝酸、高氯酸三酸消化法［5］。采用火焰原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定Pb，Zn 的含量。

2.2.2 土壤重金屬形態(tài)的測(cè)定

稱取約1.000 0 g 土壤樣品（每份土壤樣品做2組平行），通過BCR 連續(xù)提取法測(cè)定土壤中各種重金屬不同形態(tài)的含量。同時(shí)做無(wú)土空白。

2.3 土壤污染評(píng)價(jià)方法

采用單因子污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法對(duì)該采樣點(diǎn)土壤進(jìn)行環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)。

單因子污染指數(shù)法的公式為：

式中，Pi為污染物的單因子污染指數(shù)；Ci為污染物的實(shí)測(cè)含量，mg/kg；Si為污染物的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的臨界值，mg/kg。

內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法的公式為：

式中，Pmax即（Ci/Si）max，為重金屬元素中各污染指數(shù)的最大值；Pave即（Ci/Si）ave，為重金屬元素中各污染指數(shù)平均值。

2.4 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)運(yùn)用Word 2010，Excel 2010 進(jìn)行處理。

3 結(jié)果與分析

3.1 土壤養(yǎng)分

土壤養(yǎng)分情況見表1。

表1 土壤養(yǎng)分情況統(tǒng)計(jì)

由表1 可知，對(duì)照組的pH 值最高，為7.74，其余各采樣點(diǎn)pH 值在5.29~5.80 之間，屬于酸性土壤；各采樣點(diǎn)有機(jī)質(zhì)含量在25.97~30.27 g/kg 之間，其中，黃瓜地含量最高，可達(dá)30.27 g/kg，豆角地含量值最低，為25.97g/kg；各采樣點(diǎn)的速效氮含量在17.15～21.00 mg/kg 之間，對(duì)照組含量最高，草莓地含量最低；各采樣點(diǎn)速效磷含量在91.35～132.40 mg/kg 之間，對(duì)照組含量最高，西紅柿地含量最低；各采樣點(diǎn)速效鉀含量在294.33～697.12 mg/kg 之間，黃瓜地含量最高，豆角地含量最低。按照土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，各采樣點(diǎn)土壤速效氮嚴(yán)重缺乏，速效磷和速效鉀素相對(duì)充足，這可能與常年施肥有關(guān)，也與大棚蔬菜地高強(qiáng)度栽培有關(guān)［6］。

3.2 土壤重金屬含量

不同種類菜地Pb，Zn 含量的變化見圖1。

圖1 不同種類菜地Pb，Zn 含量的變化

如圖1 所示，各采樣點(diǎn)土壤中Pb 的含量在28.37～43.74 mg/kg 之間，平均含量為35.25 mg/kg，Zn 含量在192.26～220.58 mg/kg 之間，平均含量為206.92 mg/kg，分別是陜西省土壤背景值［7］的1.65 和2.98 倍。與《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（pH＞7.5）比較，Pb，Zn的含量未超出該標(biāo)準(zhǔn)閾值，說明該土壤中Pb，Zn 重金屬有一定的積累，但未超出環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)值。

比較不同蔬菜類型土壤中的Pb，Zn 含量，可以看出，各采樣點(diǎn)土壤Pb 含量大小依次為QC5＞CM5＞LJ10＞DJ5＞XHS10＞HG5＞CK，Zn 含量大小依次為QC5＞XHS10＞CM5＞HG5＞DJ5＞LJ10＞CK，綜合分析，青菜地的Pb，Zn 含量最高，草莓地次之，黃瓜地的Pb，Zn 含量較低。

3.3 土壤重金屬形態(tài)

采用BCR 法測(cè)定了大棚蔬菜土壤中Pb 和Zn 2 種元素的4 種形態(tài)（弱酸提取態(tài)、可還原態(tài)、可氧化態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)）含量所占比例，結(jié)果如圖2 所示。

圖2 各采樣點(diǎn)Pb，Zn 的形態(tài)比例分布

由圖2 可知，各采樣點(diǎn)土壤樣品中，Pb 的4 種形態(tài)均以殘?jiān)鼞B(tài)所占比例最高，達(dá)到49.13%～79.20%；其次為可還原態(tài)，占比9.64%～27.16%；再次為可氧化態(tài)，占比為5.32%～14.67%；弱酸提取態(tài)占比最低，為3.02%～17.57%。比較不同蔬菜類型土壤中的Pb的4 種形態(tài)發(fā)現(xiàn)，黃瓜地弱酸提取態(tài)、可還原態(tài)含量較其他采樣點(diǎn)高一些，表明黃瓜地Pb 的生物有效性較高，風(fēng)險(xiǎn)較大。

各采樣點(diǎn)土壤樣品中，Zn 的4 種形態(tài)中可氧化態(tài)所占比例最高，達(dá)到35.85%～44.60%；其次為可還原態(tài)，占比32.84%～42.04%；再次為殘?jiān)鼞B(tài)，占比為10.00%～22.36%；弱酸提取態(tài)占比最低，為4.68%～5.78%。比較不同蔬菜類型土壤中的Zn 的4 種形態(tài)發(fā)現(xiàn)，弱酸提取態(tài)在各采樣點(diǎn)含量差異不大，黃瓜地和豆角地中可還原態(tài)和可氧化態(tài)含量較其他采樣點(diǎn)高一些。

3.4 土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)

各采樣點(diǎn)土壤單因子污染指數(shù)和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 單因子污染指數(shù)和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)統(tǒng)計(jì)

由表2 得出，各采樣點(diǎn)Pb 的單因子污染指數(shù)分別為：青菜地、對(duì)照組在2～3 之間，屬于中度污染；西紅柿地、辣椒地、草莓地、豆角地和黃瓜地在1～2 之間，屬于輕度污染。各采樣點(diǎn)Zn 的單因子污染指數(shù)分別為：西紅柿地、草莓地和青菜地均大于3，屬于重度污染；辣椒地、豆角地、黃瓜地和對(duì)照在2～3之間，屬于中度污染。比較而言，Zn 污染大于Pb 污染。

各采樣點(diǎn)內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)在2.18～2.85 之間，均受到中度污染，分析原因，主要與大棚蔬菜土壤過度施用化肥和農(nóng)藥有關(guān)。Yang 等［8］統(tǒng)計(jì)分析了我國(guó)東部省份大棚蔬菜土壤重金屬來(lái)源，結(jié)果表明，農(nóng)藥、殺蟲劑的不合理使用是造成大棚蔬菜土壤重金屬含量超標(biāo)的主要來(lái)源。趙明等［9］認(rèn)為化肥本身含有較高的Cd，Zn，Pb 等重金屬，長(zhǎng)期密集使用化肥是造成大棚蔬菜土壤Zn，Pb 含量超標(biāo)的又一重要原因。

4 結(jié)論

（1）漢中市某大棚菜地土壤pH 呈現(xiàn)酸性，有機(jī)質(zhì)含量適宜，速效氮含量偏低，速效磷、速效鉀含量豐富。土壤中Pb，Zn 的含量分別為35.25 mg/kg 和206.92 mg/kg，Pb 的賦存形態(tài)以殘?jiān)鼞B(tài)為主，Zn 的賦存形態(tài)以可氧化態(tài)為主。

（2）利用單因子污染指數(shù)和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)大棚菜地土壤環(huán)境質(zhì)量，結(jié)果表明，Pb，Zn 含量達(dá)到了中度污染程度，主要與大棚蔬菜栽培中長(zhǎng)期過度施用化肥和農(nóng)藥有關(guān)。